Способ изготовления мдп-транзисторов интегральных микросхем

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИ ТНОЕТЕНТ СССР) ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПА ВЕДОМСТВО СССР (ГО ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ И И 0(46) 15.11,93 Бна Йв 41-4272) Глущенко В,Н; Красножон АИ; Смирнов ЛК (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МДП-ТРАНЗИСТОРОВ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ (57) Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано при создании больших интегральных схем (БИС) и МДП-транзисторах с попикремниевым затвором Цепь изобретения - повышение степени интеграции и быстродействия приборов путем уменьшения длины канала транзистора, Управление длиной канала осуществляется путем использования попикремниевого затвора в качестве твердого источника примеси в подложку, а также формирования "узкого" зазора между источником примеси и подложкой путем подтравления подзатворного диэлектрика под маску, располо 91 Я (1 ц 1322929 А 11) 5 Н 011,21 82 женную на поликремнии. В способе изготовления МДП-транзисторов создают на кремниевой подложке 1 защитный слой окисла кремния над пассивными областями, после этого формируют подэатворный диэлектрик наносят слой поликремния и проводят его примесное легирование до уровня концентрации примеси с концентрацией на границе с подзатворным диэлектриком. не менее чем на два порядка превышающего уровень концентрации примеси, пегируюйей подложку в подзатворной области Затем проводят подтравливание подэатворного диэлектрика и осуществляют термообработку в нейтральной среде с гюследующим формированием слоя изолирующего окисла. Формируют низкоомные области истока и стока, создают межслойную изоляцию, вскрьеают контакты и создают токопроводящую разводку. 1 злф-лы, 8 ил.Термообработка е окислительной среде приводит к Образованию под затвором окисла кремния. заполняющего зазор, Одновременно формируют окисел на областях стока и истока, д также нд поликремниевом затворе, причем окисел формируемый на торце затеорд, рдспрогтраняясь е глубь тела затеорд вплоть до местд выхода слаболег ировдчных Облдстеи под затвор, уменьда 1 г)ар;крытие эдтвОром области стг)кд )ч гчкд) и ООгатсгт)счО чменьшдатз ) игл, г гак тп ОПОг Обстеует увеИзобретение Относится к микроэлектронике и может быть испольэоедно при создании больц)их интегральных схем на МДП транзисторах с поликремниевым затвором.Цель изобретенияповышение степени интеграции и быстродействия схем путем уменьшения длины канала транзистора.Укаэанные е способе условия обеспечения необходимого уровня концентрации примеси на границе затвора и подэатворного диэлектрика обеспечивают создание на последующих Операциях слаболегированных областей способствующих уменьшЕ- нию длины канала МДП-трднэистора и, следоедаль 40, повышению аго быстродействияПоследующая высокотемпературная обработка полученной структуры в нейтрдльной среде, например при 800-1100 С в дзоте приводит к тому )гО примесь, испаряясь иэ поликремния кдк твердого источника легирует расположенный под ним открытый участок монокремниееой подложки, образуя слаболегироеанные области стока и истока, с максимумом профиля легироеания, находящимся под затвором, При этом легироеание слоя поликремния до распредег)ания примеси с концентрацией на границе с подэатеорным диэлектриком, не менее чем на деа порядка превышающей концентрацию примеси. легирующей подложку е подэатворной области обычно Б 10 1/смз и 5 10 " 1/см соответственно), Обеспечивает ео-первых стабильный перенос л).,ирующей примеси через "газовый" здэор толщиной, равной толщине подзатеорного диэлектрика (обычно 0 02-0 1 мкм), а ео-вторых в подзатворной Области подложки загонку примвси концентрацией на поверхности - 10 см с17 З последующим формированием при высокотемпературных обработках слаболегированных областей глубиной 0,1-0,2 мкм и концентрацией легирующей примеси порядка 10 .10 1/см. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 личению быстродействия МДП-транзисторов,Кроме того, окисление острого нижнего края затвора находящегося над зазором, увеличивает радиус кривизны края, что уменьшает напряженность краевого электрического поля и приводит к увеличению пробивного напряжения сток-затвор,Легирование слоя поликремния проводят с целью придания ему высоких токопроводящих свойств, при этом профилю легирования на глубине затвора не придают особого значения,Подтравливание окисла кремния под маску используют для создания узкого "газового" зазора между источником легирующей примеси, в частности поликремниевым затвором, легированным фосфором. и кремниевой подложкой,Формирование изолирующего окисла, например термическим окислением. необходимо для ограничения переноса примеси через газовый промежуток путем заполнения его окислом после установления необходимой степени легирования поверхности, также закрываемой этим окислом, Кроме того, окисление нижнего острого края затвора, скругляя его. уменьшает как его перекрытие с областью стока, так и краевое электрическое поле, В результате одновременно уменьшается емкость "затвор-сток" и увеличивается пробивное напряжение между указанными областями.На фиг 1-8 приведена последовательность операций изготовления МДП-транзисторое,На фиг, 1 показана структура, полученная после создания на поверхности моно- кристаллической кремниевой подложки 1, например р-типе проаодимости, защитного слоя 2 окисла кремния, слоя 3 нитрида кремния, формирования маски 4 из фоторезиста, ионного легирования с целью образования полевых областей 5, например р+-типа: на фиг. 2 - структура, полученная после удаления фоторезистивной маски 4, удаления слоя 2 окисла кремния с полевых областей 5 и формирования толстого слоя б окисла кремния на полевых областях 5: нд фиг, 3- структура, полученная после удаления нитридного слоя 3, слоя 2 окисла кремния, формирования слоя 7 тонкого подзатворного окисла кремния, нанесения слоя 6 поли- кремния, формирования поликремниевого затвора 8 и создания ионолегироеанных Областей 9 истока и стока; на фиг. 4 . структу. рд, полученная после окисления ее поверхности с обрдзоеанием слоя 10 окисла кремния нд фиг 5 - структура, получанная ппспа рдзгонки имплднтирпеднной примеси, удаления слоя 10 окисла кремния с обла- окисление "белой полосы". рдсподоженной стей 9 истока и стока с подтравливанием ее по периферии активных облдстепод краевым участком поликремниевого эа- Затем проводят ионное легирондние ботвора 8 с образованием навеса 11 над крае- ром с энергией 60 кэВ и дозой 0,0 чкКл/см выми участками областей 9 и 5 для компенсации перераспределения при термообработки, в результате которой про- меси при проведенных окислениях. После исходит дополнительная разгонка примеси этого снимают промежуточный ок имел е був открытых участках областей 9 с обраэова- ферном травителе и выращивают подздтнием низколегированных участков 13; на ворныйслой 7 окисла кремния толщиной 95 фиг. 6 - структура, полученная после окис нм в среде кислорода с добавлением хлориления поверхности с образованием защит- стого водорода с подъемом температуры от ного слоя в окисле кремния и нанесения 850 до 1000 Свначалепроцессаисниженислоя 14 пиролитического окисла кремния; ем до 850 С в конце процесса окисления. ма фиг. 7 - структура, полученная после Затем наносят слой поликремния толвскрытия контактных окон 15 в слое 14 пи щиной 0,5 мкм и проводят его прнмесное ролитического окисла кремния и нанесения легирование фосфором из оксихлоридд фос. пассивирующего слоя 16 фосфоросиликат- фора при 900 С до значения поверхностно- ного стекла (ФСС). В результате диффузии го сопротивления 15 - 20 Ом/ е течение фосфора иэ ФСС образуются трехступенча-40 мин, что обеспечивает уровень кон+тые области 9 имеющие участки и -типа, и центрации примеси на границе с порзатвортипа и и-типа. на фиг, 8 - структура, ным диэлектриком не менее 5 101/см, полученная после вскрытия окон 17 в двух- но не более предела растворимости примеслойном покрытии окисла кремния 14 ФСС си 1 10 см, что более, чем на дед порядка 16, нанесения контактного металла 18 и выше содержания примеси в подложке 1 формования контактов к р-областям 9, 25 ( 10 1/смз), Фотолитографическим споП р и м е р 1, Кремниевую монокристал- собом формируют поликремниевые здтооры 8. лическую подложку 1 р-типа проводимости После травления поликремния е хромо- КДВ 12 Ом см ориентации (100) окисляют вом трдеителе через слой подзатеорного диопри 1000 Свсредекислородасдобаелени- электрика проводят совместное ионное ем хлористого водорода до толщины пред легироеание областей 9 истока и стокд и верительного окисла кремния 2 - 60 нм, эатворое мышьяком с энергией 130 кэР и методом пиролизадихлорсилана в аммиаке дозой 1000 мкКл/см и фосфором с знерпри давлении 100 Па и температуре 800 С гией 100 кэВ и дозой 7 мкКл/см . Здтем наносят на слой 2 слой 3 нитрида кремния проводят разгонку имплантировднной притолщиной 100 нм, 35 меси е кислороде с добавлением водяногоНеактивныхобластяхформируютфото- пара с подьемом температуры ог 850 до реэистивную маску 4 и ведут плазмохимиче"С при продолжительности процесса 50 ское травление слоя 3 нитрида кремния, Не мин при максимальной температуре с по- снимая фоторезистивную маску 4. ведут следующим медленным снижением темпе- ионное легирование полевых областей бо ратуры до 850 С, Одновременно окигляют ром с энергией 100 кэВ и дозой 1,5 торцы затвора, В буферном трдеителе уддгмкКл/см . Полученный слой 5 будетпрепят- ляют полученный слой 10 окисла кремния ствоватьобраэовдниюпараэитных каналов. вместе со слоем 7 подэатеорного окисла с После травления слоя 2 окисла кремния. активных областей и одновременно проеоснятия фоторезиста и химической обработ дят подтравливание окисла под затвор Веки пластины подвергают окислению при личина навеса 11 поликремния обычно температуре 950 С в среде водяного пара 0,2-0.5 мкм.при повышении давления до получения по- Затем проводят термообрдботку е нейлевого(защитного) слоя 6 окисла толщиной тральной среде. например е дзое при тем мкм, При этом слой 3 нитрида кремния 50 пердтуре 950 С в течение 5 20 мин с является маской, препятствующей окисле- последующей заменой среды нд кислород и нию активных областей. времени рдзгонки примеси 30 мин г. одноПосле окисления снимают с активных временным Формированием пересе под. областей слои 3 и 2 травлением в буферном слоя межслойной изоляции в еидс. глоч 12 травителе и ортофосфорной кислоте и выра окисла на поликремниевых здтеордх При щивают промежуточный слой окисла (на этом в процессе термообрдботки в нейтфиг, ме покаэамо) толщиной 75 км при ральной среде происходит перлнг: приме С в среде кислорода с добавлением си через газовый промежутокг,ддсти хлористого водорода. При этом происходит подтрдвэ из нижней части поликрччи.лого5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 3 1 ем проводят термообработку в азоте при темпера 1 уре 900-950"С. например 900 (, в ге ение 5 20 мин с последующей затвора в подложку с образованием слабо- легированных и-областей 13, между которыми и получают канал МДП-транзистора.Последующее окисление ограничивает сверху уровень концентрации примеси в и- областях 13. Растягивая область околосто- кового электрического поля и уменьшая тем самым его максимальную величину, эта слаболегированная область ослабляет эффекты короткого канала, т,е. уменьшает генерацию горячих носителей и повышает пробивное напряжение перехода,Дальнейшее формирование областей стока и истока проводят е процессе создания межслойной изоляции после пиролитического нанесения слоя 14 окиси кремния толщиной 0,5 мкм, вскрытия в нем контактных окон 15, нанесения слоя 16 ФСС толщиной 0,9 мкм и оплавления ФСС в контактных окнах 15 при температуре 1000 С в течение 20 мин, После этого вскрывают контактные окна 17 в слое 1 б ФСС к активным областям и проводят оплавление контактов при температуре 950 С в течение 20 мин.Затем во вскрытые контактные окна 17 проводят диффузию при 900 С в течение 10 мин для обеспечения омического контакта с металлизацией 18, которую формируют на основе напыленного слоя сплава алюминия и кремния (1) толщиной - 1,2 мкм,После этого во вскрытые контактные окна 17 проводят диффузию фосфора при 900"С в течение 10 мин для обеспечения омического контакта с металлизацией 18, которую формируют на основе напыленного слоя сплава алюминии кремния (1) толщиной - 1,2 мкм, При этом после всех процессов загонки примесей и-типа глубина р-и-перехода в контактах достигает 1,3-2 мкм, что достаточно для предотвращения прожигания метаплизацией 18 в процесса ее вжигания при температуре 475 ОС в увлажненном азоте е течение 25 мин.П р и м е р 2. Более предпочтительно проводить создание низкоомных областей 9 истока и стока путем их легирования после сформирования слаболегированных п-областей 13 изолирующего окисла и вскрытия активных областей. Для этого на кремние вой подложке 1 после проведения всех операций, предшествующих травлению слоя поликремния, и формирования затворов 8 снимают подзатворный слой 7 окисла с активных областей в буферном травителе и одновременно проводят подтрэвливание слоя окисла кремния под затвор на 0,2 - 0,5 мкм, например 0,35 мкм,заменой среды на кислород с добавлением водяного пара и временем окисления 50 - 65 мин.Сформированные слаболегированные и-области 13 имеют максимум легирования, расположенный под затвором в области 11 подтравливания. При интенсивном окислении торца поликремниевого затвора 8 во влажном кислороде его граница перемещается к месту выхода и-области 13 под затвор, уменьшая тем самым перекрытие затвор- сток.Длина и-областей увеличивается на толщину выращенного окисла обычно порядка 0,3 - 0,5 мкм. а вместе с приемом окисления зазора это дает возможность изменять длину и-области 13 в пределах 0,5 - 0,7 мкм, что позволяет существенным образом ослабить эффект короткого канала. После сформирования защитного слоя 12 окисла проводят вскрытие активных областей и легирование их фосфором с энергией 40 кэВ и дозой 500 мкКл/см, Раэгонку примеси и смыкание с областями и-проводят при 950 С в кислороде с добавлением водяного пара в течение 50 мин, Затем вскрывают контактные окна 15 к областям истока и стока, наносят пиролитический слой 1 б ФСС толщиной 0,9 мкм. Оплавляют его при температуре 1000 С в кислороде в течение 20 мин. вскрывают снова контактные окна 17, проводят оплавление контактов при температуре 950 С в течение 20 мин.После этого во вскрытые окна приводят диффузию фосфора при 900 С в течение 10 мин для обеспечения омического контакта с металлизацией 18. формируемой на основе напыленного слоя сплава алюминия и кремния (1) толщиной 1,2 мкм, Вжигание проводят при температуре 475 С в увлажненном азоте в течение 25 мин.П р и м е р 3. Возможно формирование активных и-областей непосредственно на стадии оплавления ФСС в контактных окнах 15 изолирующего окисла, выращенного при термическом окислении затворов 13 и пиролитическом осаждении,Окончательное формирование и-областей истока и стока проводят на стадии оплавления контактов в ФСС и эагонки фосфора в контакты перед созданием металлиэации 18.Применение предлагаемого способа позволяет получать структуры МДП-транзисторов, в которых можно сформировать каналы с длиной 1-2 мкм, обеспечивая тем самым существенное повышение быстродействия МДП-транзисторов. в результате общего уменьшения их размеров - увеличение степени интеграции БИС на их основе в 1,5-2 раза. 29/78. опублик. 1978. Формула изобретения1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МДПТРАНЗИСТОРОВ ИНТЕГРАЛЬНИХ МИКРОСХЕМ, включающий создание на моно- кристаллической кремниевой подложке защитного слоя окисла кремния над пассивными областями прибора, формирование подэатворного диэлектрика, нанесение слоя поликремния и его примесное легирование для создания поликремниевых затворов, формирование низкоомных областей истока и стока. создание межслойной изоляции, вскрытие контактов и создание токопроводящей разводки, отличающийся тем, что, с целью повышения степени интеграции и быстродействия схем путем уменьшения длины канала транзистора, легирование слоя поликремАвторское свидетельство СССРМ 1119548, кл. Н 01 1. 21/82, 1981. ния осуществляют до уровня концентрации примеси с концентрацией на границес подзатворным диэлектриком. не менеечем на два порядка превышающей уровеньконцентрации примеси, легирующей под 10 ложку в подэатворной области, после создания поликремниевого затвора проводятподтравливание подзатворного диэлектрика, осуществляют термообработку в нейтральной среде с последующим15 формированием слоя изолирующего окисла.2. Способ по п,1, отличающийся тем,что создание низкоомных областей стока иистока осуществляют после удаления слоя20 изолирующего окисла над областями стокаи истока, сформированного после термообработки в нейтральной среде,1322929 Фиг. б Составитель Т, СкомороховаТехред М.Моргентал Корре оэориэ акто акаэ 3243 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужго